《信息技術(shù)概述》ppt課件_第1頁
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文檔簡介

1、第1章 信息技術(shù)概述,1.1 信息與信息技術(shù)1.2 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.3 微電子技術(shù)簡介,1.1 信息與信息技術(shù),(1)什么是信息(2)信息處理與信息技術(shù)(3)信息處理系統(tǒng),信息是什么?,信息是“事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式” 信息有多種表現(xiàn)形式,語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(也稱為信息的載體或媒體)信息與物質(zhì)和能量同樣重要,它是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一種基本資源,什么是信息處理?,信息處理指的

2、是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動(dòng):信息的收集(信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的加工(信息的分類、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(chǔ)(書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞(郵寄、電報(bào)、電話、廣播等 )信息的施用(控制、顯示等),人工進(jìn)行信息處理的過程,人工信息處理的不足: 算不快 記不住 傳不遠(yuǎn) 看(聽)不清,手/腳/身,眼/耳/鼻/舌/身,什么是信息技術(shù)?,信息技術(shù)(Information Technology,簡稱IT

3、)指的是用來擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一門技術(shù)。 信息技術(shù)包括:擴(kuò)展感覺器官功能的感測(獲取)與識(shí)別技術(shù)擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算(處理) 與存儲(chǔ)技術(shù)擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)······,現(xiàn)代信息技術(shù),3大特征:以數(shù)字技術(shù)(計(jì)算機(jī))為基礎(chǔ)采用電子技術(shù)(包括激光技術(shù))以計(jì)算機(jī)及其軟件為核心內(nèi)容:計(jì)算機(jī)、微電

4、子、通信、廣播、遙感遙測、自動(dòng)控制、機(jī)器人等,什么是信息處理系統(tǒng)?,用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng),可以通稱為信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu):,信息處理系統(tǒng)舉例,雷達(dá): 以感測與識(shí)別為主要目的電視/廣播: 以單向、點(diǎn)到多點(diǎn)的信息傳遞為主要目的電話:以雙向、點(diǎn)到點(diǎn)的信息交互為主要目的銀行:以處理金融信息為目的圖書館:以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng):跨越全球的多功能

5、信息處理系統(tǒng),1.2 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ),1.2.1 比特1.2.2 比特與二進(jìn)制數(shù)1.2.3 整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))的表示1.2.4 實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))的表示1.2.5 小結(jié),1.2.1 信息的基本單位 ——比特(bit),(1)什么是比特(2)比特的邏輯(3)比特的存儲(chǔ),什么是比特?,比特(bit,binary digit的縮寫)中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位” 或簡稱為 “位”比特只有 2 種取值:

6、0和1,一般無大小之分比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來表示,其具體的表示方法就稱為“編碼”或“代碼”,例 用比特表示圖像,,比特的三種基本邏輯運(yùn)算,比特的取值“0”和“l(fā)” 可表示兩種不同的狀態(tài)(例如電位的高或低、命題的真或假)比特的運(yùn)算使用邏輯代數(shù),它有3種基本邏輯運(yùn)算:邏輯加(也稱“或”運(yùn)算,用符號(hào)“OR

7、”、“∨”或“+”表示)邏輯乘(也稱“與”運(yùn)算,用符號(hào)“AND”、 “∧”或“ · ”表示,也可省略)取反(也稱“非”運(yùn)算,用符號(hào)“NOT”或上橫杠“¯”表示),邏輯運(yùn)算的規(guī)則,邏輯加: F = A ∨ B A: 0 0 1 1 B: ∨ 0 ∨ 1 ∨ 0 ∨ 1

8、 F: 0 1 1 1邏輯乘: F = A · B A: 0 0 1 1 B: ∧ 0 ∧ 1 ∧ 0 ∧ 1 F: 0 0

9、 0 1取反: F = NOT A A: NOT 0 NOT 1 F: 1 0,兩個(gè)多位的二進(jìn)制信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí),按位獨(dú)立進(jìn)行,即每一位都不受其它位的影響:例1A: 0110 B: ∨ 1010 F: 1110例2A: 0110

10、B: ∧ 1010 F: 0010,比特的存儲(chǔ)(1)--CPU中比特的存儲(chǔ),存儲(chǔ)(記憶)1個(gè)比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的元器件,例如:開關(guān)、燈泡等。,在計(jì)算機(jī)的CPU中,比特使用一種稱為“觸發(fā)器”的雙穩(wěn)態(tài)電路來存儲(chǔ)觸發(fā)器有兩個(gè)狀態(tài),可分別用來記憶0和1,1個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)1個(gè)比特一組(例如8個(gè)或16個(gè))觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1組比特,稱為“寄存器”CPU中有幾十個(gè)甚至上百個(gè)寄存器,斷電后信息不再保持!,比

11、特的存儲(chǔ)(2) --存儲(chǔ)器中比特的存儲(chǔ),計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中用電容器存儲(chǔ)二進(jìn)位信息:當(dāng)電容的兩極被加上電壓,它就被充電,電壓去掉后,充電狀態(tài)仍可保持一段時(shí)間,因而1個(gè)電容可用來存儲(chǔ)1個(gè)比特,信息存儲(chǔ)原理 電容C處于充電狀態(tài)時(shí),表示1 電容C處于放電狀態(tài)時(shí),表示0,集成電路技術(shù)可以在半導(dǎo)體芯片上制作出以億計(jì)的微型電容器,從而構(gòu)成了可存儲(chǔ)大量二進(jìn)位信息的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片,斷電后信息不再保持!,比特的存儲(chǔ)(3) --磁盤、光盤中比特的存儲(chǔ),磁盤

12、:利用磁介質(zhì)表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來存儲(chǔ)二進(jìn)位信息,光盤:通過“刻”在光盤片表面上的微小凹坑來記錄二進(jìn)位信息,斷電后信息可以保持!,存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位,8個(gè)比特=1個(gè)字節(jié)(byte,用大寫B(tài)表示)計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位:KB: 1 KB=210字節(jié)=1024 B (千字節(jié))MB: 1 MB=220字節(jié)=1024 KB(兆字節(jié))GB: 1 GB=230字節(jié)=1024 MB(吉字節(jié)、千兆字節(jié))TB: 1 TB=240字節(jié)

13、=1024 GB(太字節(jié)、兆兆字節(jié))外存儲(chǔ)器容量經(jīng)常使用10的冪次來計(jì)算:1MB=103 KB =1 000 KB1GB=106 KB =1 000 000 KB1TB= 109 KB = 1 000 000 000 KB,現(xiàn) 象,160GB的移動(dòng)硬盤實(shí)際容量=160,041,885,696 字節(jié),,,,為什么?,,,,原 因:,相同的符號(hào),有兩種不同的含義!,1.2.2 比特與二進(jìn)制數(shù),(1)不同進(jìn)位制數(shù)的表示和含義(2

14、)不同進(jìn)位制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換(3)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算,不同進(jìn)位制數(shù)的表示和含義,“數(shù)”是一種信息,它有大?。〝?shù)值),可以進(jìn)行四則運(yùn)算 “數(shù)”有不同的表示方法。日常生活中人們使用的是十進(jìn)制數(shù),但計(jì)算機(jī)使用的是二進(jìn)制數(shù),程序員還使用八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù),它們?cè)鯓颖硎??其?shù)值如何計(jì)算?,十進(jìn)制數(shù),十個(gè)數(shù)字(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)低位與高位的關(guān)系是:逢10進(jìn)1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪(基數(shù)是10 )標(biāo)志: 尾部加“

15、D”或缺省例:204.96= 2×102+0×101+4×100+9×10-1+6×10-2,二進(jìn)制數(shù),兩個(gè)數(shù)字表示(0、1),每一位1 個(gè)“比特” 低位與高位的關(guān)系是:逢2進(jìn)1 各位的權(quán)值是 2 的整數(shù)次冪(基數(shù)是2 ) 標(biāo)志: 尾部加B例:101.01 B = 1×22+0×21+1×20 +0×2-1+1

16、×2-2 =5.25,八進(jìn)制數(shù),八個(gè)數(shù)字表示(0、1、2、3、4、5、6、7) 低位與高位的關(guān)系是:逢8進(jìn)1 各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪(基數(shù)是8 ) 標(biāo)志:尾部加Q例:365.2Q = 3×82+ 6×81+ 5×80 + 2×8-1 = 245.25,十六進(jìn)制數(shù),用十六個(gè)數(shù)字表示(0

17、、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F )逢16進(jìn)1, 基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪(基數(shù)是16 )標(biāo)志:尾部加H例:F5.4H=15×161 + 5×160 + 4×16-1 = 245.25,不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,熟練掌握不同進(jìn)制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換,在編寫程序和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路時(shí)很有用 只要學(xué)會(huì)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)

18、制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換就不在話下了,十進(jìn)制數(shù) ? 二進(jìn)制數(shù),轉(zhuǎn)換方法:整數(shù)和小數(shù)放開轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分:除以2逆序取余 小數(shù)部分:乘以2順序取整例如:29.6875 ? 11101.1011 B 注意:十進(jìn)制小數(shù)(如0.63)在轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)二進(jìn)制無窮小數(shù),這時(shí)只能取近似值,八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換,八進(jìn)制→二進(jìn)制:例: 2467.32Q → 010 100 110

19、111 . 011 010 B二進(jìn)制→八進(jìn)制:例: 1 101 001 110.110 01 B → 001 101 001 110.110 010 B → 1516.62 Q,1位八進(jìn)制數(shù)與3位二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)!,八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 0 000 1 001 2

20、 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111,十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換,例1:35A2.CFH → 11 0101 1010 0010.1100 1111B例2:11 0100 1110.1100 11B

21、 → 34E.CCH,1位十六進(jìn)制數(shù)與4位二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系:,二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算,1位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算規(guī)則:,2個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例:,小結(jié):數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)——二進(jìn)制,二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算有2類:邏輯運(yùn)算:∨,∧,NOT. 按位進(jìn)行,不考慮進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算: +, - , x , / . 從低位到高位逐位進(jìn)行,需考慮低位的進(jìn)位(借位),1.2.3 整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))的表示,(1)計(jì)算機(jī)中數(shù)的類型(2)無符號(hào)整

22、數(shù)的表示(3)帶符號(hào)整數(shù)的表示,PC機(jī)中數(shù)的主要類型,都采用二進(jìn)制表示,有不同類型和不同長度不同類型和不同長度的數(shù)各有不同的用途,計(jì)算機(jī)中的數(shù),小數(shù)點(diǎn)固定隱含在個(gè)位數(shù)右面,小數(shù)點(diǎn)不固定,無符號(hào)整數(shù)的表示,采用“自然碼”表示:取值范圍由位數(shù)決定:8位: 可表示0~255 (28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位:可表示0~65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位: 可表示 0~2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。,帶符號(hào)

23、整數(shù)的表示(1),符號(hào)如何表示?用最高位表示,“0”表示正號(hào)(+),“1”表示負(fù)號(hào)(-)數(shù)值部分如何表示?(1)原碼表示: 整數(shù)的絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示(2)補(bǔ)碼表示: 正整數(shù):絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示 負(fù)整數(shù):絕對(duì)值使用補(bǔ)碼表示,舉例: [+43]的8位原碼為: 00101011[- 43]的8位原碼為: 10101011,表示方法,帶符號(hào)整數(shù)的編碼表示(2),負(fù)數(shù)的絕對(duì)值如何用補(bǔ)碼表示

24、?先表示為自然碼將自然碼的每一位取反碼在最低位加“1”例1: [- 43]用8位補(bǔ)碼表示[- 43] 的8位補(bǔ)碼為:11010101例2: [- 64]用8位補(bǔ)碼表示[- 64] 的8位補(bǔ)碼為:11000000,43 => 0101011取反: 1010100加1: 1010101,64 => 1000000取反: 0111111加1: 1000000,帶符號(hào)整數(shù)的編碼表示(3),優(yōu)缺點(diǎn)

25、分析:原碼表示法優(yōu)點(diǎn):與日常使用的十進(jìn)制表示方法一致,簡單直觀缺點(diǎn):加法與減法運(yùn)算規(guī)則不統(tǒng)一,增加了成本;整數(shù)0 有“00000000”和“10000000”兩種表示形式,不方便補(bǔ)碼表示法優(yōu)點(diǎn):加法與減法運(yùn)算規(guī)則統(tǒng)一, 沒有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個(gè)缺點(diǎn):不直觀,人使用不方便結(jié)論:帶符號(hào)整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)不采用“原碼”而采用“補(bǔ)碼”的形式表示!,帶符號(hào)整數(shù)的編碼表示(4),原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼: - 27+

26、1~27- 1(- 127~127)16位原碼: - 215+1~215- 1(- 32767~32767)n 位原碼: - 2n-1+1~2n-1- 1補(bǔ)碼可表示的整數(shù)范圍 8位補(bǔ)碼:- 27~27- 1 (- 128~127 ) n位補(bǔ)碼:- 2n-1~2n-1- 1,- 128表示為 10000000+127 表示為 01111111,小結(jié):3種整數(shù)的比較,計(jì)算機(jī)中整數(shù)有多種,

27、同一個(gè)二進(jìn)制代碼表示不同類型的整數(shù)時(shí),其含義(數(shù)值)可能不同 一個(gè)代碼它到底代表哪種整數(shù)(或其它東西),是由指令決定的,1.2.4 實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))的表示,(選講),實(shí)數(shù)的特點(diǎn)與表示方法,特點(diǎn):既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分,小數(shù)點(diǎn)位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實(shí)數(shù)的特例任何一個(gè)實(shí)數(shù)總可以表達(dá)成一個(gè)乘冪和一個(gè)純小數(shù)之積例如: 56.725 = 0.56725×102 -0.0034756 = -0.34756

28、15;10-2 實(shí)數(shù)的表示方法(記階法):用3個(gè)部分表示乘冪中的指數(shù):表示實(shí)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置純小數(shù)部分(尾數(shù)):表示實(shí)數(shù)中的有效數(shù)字部分?jǐn)?shù)的正負(fù)(符號(hào)),二進(jìn)制實(shí)數(shù)的浮點(diǎn)表示,與十進(jìn)制實(shí)數(shù)一樣,二進(jìn)制實(shí)數(shù)也可以用記階法表示 例如: +1001.011B = + 0.1001011B×2 100 -0.0010101B = -0.10101B×2-10 可見,任一個(gè)二進(jìn)

29、制實(shí)數(shù) N 均可表示為:N=±S×2P(其中, ±是該數(shù)的符號(hào); S是N 的尾數(shù);P是N的階碼)因此,32位的單精度浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中可表示為:,小 結(jié):用比特表示信息的優(yōu)點(diǎn),比特只有0和1兩個(gè)符號(hào),具有2個(gè)狀態(tài)的器件和裝置就能表示和存儲(chǔ)比特,而制造兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路又很容易比特的運(yùn)算規(guī)則很簡單,使用門電路就能高速度地實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算比特不僅能表示“數(shù)”,而且能表示文字、符號(hào)、圖像

30、、聲音,可以毫不費(fèi)力地相互組合,開發(fā)“多媒體”應(yīng)用信息使用比特表示以后,可以通過多種方法進(jìn)行“數(shù)據(jù)壓縮”,從而大大降低信息傳輸和存儲(chǔ)的成本。使用比特表示信息后,只要再附加一些額外的比特,就能發(fā)現(xiàn)甚至糾正信息傳輸和存儲(chǔ)過程中的錯(cuò)誤,大大提高了信息系統(tǒng)的可靠性,1.3 微電子技術(shù)簡介,(1)微電子技術(shù)與集成電路(2)集成電路的制造(3)集成電路的發(fā)展趨勢(4)IC卡,(1)微電子技術(shù)與集成電路,微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技

31、術(shù),是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)高技術(shù)的基礎(chǔ) 微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù),電子電路中元器件的發(fā)展演變,微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù),它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。,,電子管(1904),什么是集成電路?,集成電路 (Integrated Circuit,簡稱IC):以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝,將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)集成電

32、路的優(yōu)點(diǎn):體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高,超大規(guī)模集成電路,小規(guī)模集成電路,集成電路的分類,按用途分:通用集成電路專用集成電路(ASIC)按電路的功能分:數(shù)字集成電路模擬集成電路按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分:,IC集成度提高的規(guī)律,Moore定律:單塊集成電路的集成度平均每18個(gè)月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年),,晶體管數(shù),例:Intel微處理器集成度的發(fā)展,酷睿2雙核

33、 (2006)291~410M晶體管酷睿2四核 (2007)820M 晶體管,進(jìn)一步提高集成度的問題與出路,問題:線寬進(jìn)一步縮小后,晶體管線條小到納米級(jí)時(shí),其電流微弱到僅有幾十個(gè)甚至幾個(gè)電子流動(dòng),晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作出路:在納米尺寸下,納米結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng),人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件,使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計(jì)算機(jī)同時(shí),正在研究將光作為信息的載體,發(fā)展光子學(xué),

34、研制集成光路,或把電子與光子并用,實(shí)現(xiàn)光電子集成,(4) IC卡簡介,幾乎每個(gè)人每天都與IC卡打交道,例如我們的身份證、手機(jī)SIM卡、交通卡、飯卡等等,什么是IC卡?它有哪些類型和用途?工作原理大致是怎樣的?下面是簡單介紹。,什么是 IC卡?,IC卡(chip card、smart card),又稱為集成電路卡,它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi),使其成為能存儲(chǔ)信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點(diǎn):存儲(chǔ)信息量大保密性能強(qiáng)可以防止偽

35、造和竊用抗干擾能力強(qiáng)可靠性高應(yīng)用舉例:作為電子證件,記錄持卡人的信息,用作身份識(shí)別(如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等)作為電子錢包(如電話卡、公交卡、加油卡等),IC卡的類型(按芯片分類),存儲(chǔ)器卡:封裝的集成電路為存儲(chǔ)器,信息可長期保存,也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。用于安全性要求不高的場合,如電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等(帶加密邏輯的存儲(chǔ)器卡增加了加密電路)CPU卡:封裝的集成電路為中央處理器(CPU

36、)和存儲(chǔ)器,還配有芯片操作系統(tǒng)(Chip Operating System),處理能力強(qiáng),保密性更好,常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。,IC卡的類型(按使用方式分類),接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方型鍍金接口,共8個(gè)或6個(gè)鍍金觸點(diǎn)。使用時(shí)必須將IC卡插入讀卡機(jī),通過金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應(yīng)卡)采用電磁感應(yīng)方

37、式無線傳輸數(shù)據(jù),解決了無源(卡中無電源)和免接觸問題操作方便,快捷,采用全密封膠固化,防水、防污,使用壽命長用于讀寫信息較簡單的場合,如身份驗(yàn)證等,非接觸式IC卡,作業(yè):,1. 將以下數(shù)據(jù)用十進(jìn)制表示: 1010011.01B、206.4Q、3E7.C2. 將以下數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示: 35.25、125.63、 206.4Q、3E7.C3. 將以下數(shù)據(jù)分別用八進(jìn)制、十六進(jìn)制表示: 1011011.01B、2

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